[发明专利]一种回转体立式极转动惯量测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及回转体转动惯量测量技术领域，具体涉及一种回转体立式极转动惯量测量方法。

背景技术

在一个物体的两端假设两个点，而两点连成一线穿过物体，物体以此线为旋转中心，在旋转时它的每个部分旋转到固定一个位置时都是一样的形状，此为标准回转体。质量中心简称质心，指物质系统上被认为质量集中于此的一个假想点。质量中心的简称。质点系的质心是质点系质量分布的平均位置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种回转体立式极转动惯量测量方法，以便更好地针对回转体进行立式极转动惯量的测量，改善测试效果。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下。

一种回转体立式极转动惯量测量方法，具体包括以下步骤：

(1)采用转动惯量测量台来测量，在该测量台上能够测得回转体的极转动惯量和赤道转动惯量。该惯量测量台在立式装夹回转体时可以测量回转体的极转动惯量，在横置装夹时可以测量回转体的赤道转动惯量。该惯量测量台为了适应较小回转体的惯量测量，夹具尽可能的采用了轻质材料如铝合金等。该测量台由夹具、丝杠、释放机构、导轨和基座组成。夹具的装夹部位设计成横、纵向卡槽结构，能够实现回转体的横向和纵向的定位装夹，导轨丝杠的设计能够保证回转体的夹紧并使夹具的回转轴线与扭杆的回转轴线重合。

回转体赤道转动惯量测量台由基座、支架、导轨和装夹机构组成，测量时将回转体放置在支架上，一端固定在装夹机构内，施力释放后，回转体在装夹机构上的弹簧作用下沿着水平轴线方向往复转动，进而测得回转体的赤道转动惯量。

回转体极转动惯量测量台由基座、扭摆机构、支撑和测量平台组成。测量时，将回转体放置在测量平台的V型槽上，并使回转体的质心位置尽量与扭摆机构的回转中心线重合，对测量平台施力释放后，测量平台与回转体一起在扭摆弹簧的作用下沿着水平方向往复摆动，进而测得回转体的极转动惯量。

(2)摆动周期测量：周期通过采样时间序列进行测量，采用光电计时系统，用高速单周期c8051F单片机定时器组成计时电路，分辨率为10ns，满足转动惯量测量相对误差小于±0.5％的要求。

为了避免环境光干扰，采用交流调制光完成光电采集，在信号处理中，需要对定时器开始定时的时刻进行准确的测量，电路中为了抗干扰，采用了具有一定门限的电平参考和一定延时的展宽整形电路，但此时定时开始时刻必定有一个随机误差，同理在下一个计数脉冲到达时也必然在准确时刻上存在一个随机误差，作为一个完整周期的测量用两个脉冲之间的时间来表征周期量显然不可能达到要求，为了最大限度地降低该误差，根据振动周期基本不变的条件，测量多个周期并取平均数作为周期的测得值。在此时，若振动连续，则每个周期摆端将两次经过反射点，在一个周期内形成两个计数脉冲，可以知道每相邻三个脉冲之间的时间应为一个周期，即相邻两个时间段之和为一个周期。最终的处理方法是：去掉最初始有外力扰动的几个周期，采用每相邻的两个时间段为一个周期数，从有效计数脉冲开始计时，每两个计数脉冲为一次周期数据，并用总的计时时间去除得到的完整周期数(每两个脉冲)进而得到该时刻的周期值。由于系统仅对第一个脉冲的准确时刻敏感，之后的脉冲仅与计周期个数相关，对具体到达时刻不敏感，这样多次平均之后将获得较为准确的周期值。

(3)回转体转动惯量的测量：用扭摆法测量转动惯量时将回转体绕指定轴自由摆动，测出摆动周期，然后由摆动周期计算出回转体转动惯量。

由力学分析可得摆动物体的摆动方程为：

d2θdt2+2ndθdt+kθJ=0---(1)]]>

式中，J为物体的转动惯量；n＝C/2J，n为空气阻尼系数；θ为物体的转角(即摆角)；k为扭杆的刚度系数。